(57)【要約】【課題】  排水の汚濁濃度を長期間にわたりメンテナンスフリーで確実に検出する。【解決手段】  排水管の一部を開口して形成される開口部に取り付けられる透明の窓部と、排水管内に設定された汚濁濃度検出位置に向けて窓部を介して光を照射する発光部と、排水に含まれる物体による発光部からの照射光の散乱光を窓部を介して受光するために、汚濁濃度検出位置に向けて配置される検出用受光部と、窓部の排水管内側表面の汚れによる照射光の反射光を窓部を介して受光するために、窓部の排水管内側表面における照射光の透過位置である汚れ検出位置に向けて配置される参照用受光部と、検出用受光部の受光量に基づいて汚濁濃度を算出するとともに、算出した汚濁濃度を参照用受光部の受光量に基づいて補正する演算処理部とを備えていることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水管内を流れる排水の汚濁濃度を検出する排水汚濁濃度検出システムであって、
前記排水管の一部を開口して形成される開口部に取り付けられる透明の窓部と、
前記排水管内に設定された汚濁濃度検出位置に向けて前記窓部を介して光を照射する発光部と、
排水に含まれる物体による前記発光部からの照射光の散乱光を前記窓部を介して受光するために、前記汚濁濃度検出位置に向けて配置される検出用受光部と、
前記窓部の前記排水管内側表面の汚れによる前記照射光の反射光を前記窓部を介して受光するために、前記窓部の前記排水管内側表面における前記照射光の透過位置である汚れ検出位置に向けて配置される参照用受光部と、
前記検出用受光部の受光量に基づいて汚濁濃度を算出するとともに、算出した汚濁濃度を前記参照用受光部の受光量に基づいて補正する演算処理部とを備えていることを特徴とする排水汚濁濃度検出システム。
【請求項２】
請求項１記載の排水汚濁濃度検出システムにおいて、
前記検出用受光部から前記窓部まで前記汚濁濃度検出位置に向けて延在する非透明で筒状の検出用遮光部を備えていることを特徴とする排水汚濁濃度検出システム。
【請求項３】
請求項１記載の排水汚濁濃度検出システムにおいて、
前記参照用受光部から前記窓部まで前記汚れ検出位置に向けて延在する非透明で筒状の参照用遮光部を備えていることを特徴とする排水汚濁濃度検出システム。
【請求項４】
請求項１記載の排水汚濁濃度検出システムにおいて、
前記開口部は、前記排水管の底側に形成されることを特徴とする排水汚濁濃度検出システム。
【請求項５】
請求項４記載の排水汚濁濃度検出システムにおいて、
前記発光部は、前記照射光の光軸が前記排水管の垂直方向に沿う縦断面に対して傾きを有する位置に配置されていることを特徴とする排水汚濁濃度検出システム。
【請求項６】
排水管内を流れる排水の汚濁を検出する排水汚濁検出装置であって、
前記排水管の一部を開口して形成される開口部に取り付けられる筐体と、
前記筐体の前記排水管内側に設けられる透明の窓部と、
前記筐体内に配置され、前記排水管内に設定された汚濁濃度検出位置に向けて前記窓部を介して光を照射する発光部と、
排水に含まれる物体による前記発光部からの照射光の散乱光を前記窓部を介して受光し、検出用受光信号を受光量に応じて出力するために、前記汚濁濃度検出位置に向けて前記筐体内に配置される検出用受光部と、
前記窓部の前記排水管内側表面の汚れによる前記照射光の反射光を前記窓部を介して受光し、前記検出用受光信号を補正するための参照用受光信号を受光量に応じて出力するために、前記窓部の前記排水管内側表面における前記照射光の透過位置である汚れ検出位置に向けて前記筐体内に配置される参照用受光部とを備えていることを特徴とする排水汚濁検出装置。
【請求項７】
請求項６記載の排水汚濁検出装置において、
前記検出用受光部から前記窓部まで前記汚濁濃度検出位置に向けて延在する非透明で筒状の検出用遮光部を備えていることを特徴とする排水汚濁検出装置。
【請求項８】
請求項６記載の排水汚濁検出装置において、
前記参照用受光部から前記窓部まで前記汚れ検出位置に向けて延在する非透明で筒状の参照用遮光部を備えていることを特徴とする排水汚濁検出装置。
【請求項９】
請求項６記載の排水汚濁検出装置において、
前記開口部は、前記排水管の底側に形成されることを特徴とする排水汚濁濃度検出装置。
【請求項１０】
請求項９記載の排水汚濁検出装置において、
前記発光部は、前記照射光の光軸が前記排水管の垂直方向に沿う縦断面に対して傾きを有する位置に配置されていることを特徴とする排水汚濁検出装置。
【請求項１１】
軸方向が排水の流路方向に沿った状態で配置される配管部と、前記配管部内を流れる排水の汚濁を検出する排水汚濁検出用装置とを備えた排水汚濁検出用配管ユニットであって、
前記排水汚濁検出用装置は、
前記配管部の一部を開口して形成される開口部に取り付けられる筐体と、
前記筐体の前記配管部内側に設けられる透明の窓部と、
前記筐体内に配置され、前記配管部内に設定された汚濁濃度検出位置に向けて前記窓部を介して光を照射する発光部と、
排水に含まれる物体による前記発光部からの照射光の散乱光を前記窓部を介して受光し、検出用受光信号を受光量に応じて出力するために、前記汚濁濃度検出位置に向けて前記筐体内に配置される検出用受光部と、
前記窓部の前記配管部内側表面の汚れによる前記照射光の反射光を前記窓部を介して受光し、前記検出用受光信号を補正するための参照用受光信号を受光量に応じて出力するために、前記窓部の前記配管部内側表面における前記照射光の透過位置である汚れ検出位置に向けて前記筐体内に配置される参照用受光部とを備えていることを特徴とする排水汚濁検出用配管ユニット。
【請求項１２】
請求項１１記載の排水汚濁検出用配管ユニットにおいて、
前記排水汚濁検出装置は、前記検出用受光部から前記窓部まで前記汚濁濃度検出位置に向けて延在する非透明で筒状の検出用遮光部を備えていることを特徴とする排水汚濁検出用配管ユニット。
【請求項１３】
請求項１１記載の排水汚濁検出用配管ユニットにおいて、
前記排水汚濁検出装置は、前記参照用受光部から前記窓部まで前記汚れ検出位置に向けて延在する非透明で筒状の参照用遮光部を備えていることを特徴とする排水汚濁検出用配管ユニット。
【請求項１４】
請求項１１記載の排水汚濁検出用配管ユニットにおいて、
前記開口部は、前記配管部の底側に形成されることを特徴とする排水汚濁検出用配管ユニット。
【請求項１５】
請求項１４記載の排水汚濁検出用配管ユニットにおいて、
前記発光部は、前記照射光の光軸が前記配管部の垂直方向に沿う縦断面に対して傾きを有する位置に配置されていることを特徴とする排水汚濁検出用配管ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住居等から排出される排水の汚濁濃度を検出する排水汚濁濃度検出システム、排水の汚濁を検出する排水汚濁検出装置および排水汚濁検出用配管ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理施設の管理者は、”排水が下水処理施設に与える負荷量は、排水排出者（住居、工場など）の上水使用量に比例する”と仮定して下水道料金を算出し、排水排出者に対して課金していた。すなわち、下水道料金は、排水の水質とは無関係に、排水量のみを想定して算出されていた。しかしながら、下水処理施設での下水処理にかかる費用は、排水量だけでなく、排水の水質にも大きく依存する。このため、排水が下水処理施設に与える負荷量と排水排出者が負担する下水道料金とが一致しないという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するために、排水が下水処理施設に与える負荷量を検出し、その負荷量に応じた下水道料金を排水排出者に対して課金するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の下水道料金の課金システムは、排水排出者から排出される排水の負荷量を排水発生源の近傍（住居での流し台の排水管など）で検出する下水負荷量検出手段を有している。下水負荷量検出手段は、排水管の横断面方向で互いに対向して配置される発光素子および受光素子で構成される光センサなどの水質検出手段と、一般的な電磁流量計やタービン流量計などの流量検出手段とを有している。水質検出手段（光センサ）は、発光素子と受光素子との間を通過する排水の水質（ＳＳ濃度）を検出する。下水負荷量検出手段は、水質検出手段により算出される水質検出値と流量検出手段により算出される流量検出値との積を排水の負荷量として算出する。そして、下水負荷量検出手段により算出される負荷量に応じて下水道料金が算出され、その下水道料金の課金が排水排出者に通知される。
【特許文献１】特開２００２−２６７６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した下水道料金の課金システムの水質検出手段（光センサ）では、排水管の発光素子側に設置される窓および受光素子側に設置される窓の少なくともいずれかが汚れると、受光素子における透過光の受光量は、窓の汚れに起因して本来の受光量より減少してしまう。このため、水質検出手段は、排水の実際の水質より悪い水質検出値を算出してしまう。この結果、下水負荷量検出手段は、排水が下水処理施設に与える負荷量を過大に算出してしまう。
【０００５】
また、水質検出手段が算出する水質検出値は、発光素子と受光素子との間を通過する排水の水質が一定であったとしても、時間経過に伴う発光素子の発光量の減少や温度変化に伴う受光素子の受光感度の変化などに起因して変動する。このため、水質検出手段は、排水の実際の水質とは一致しない水質検出値を算出してしまう。さらに、これらの水質検出値の変動要因を軽減するために、水質検出手段の定期的なメンテナンスなどの対策を実施すると、システムの管理コストが増大してしまう。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、排水の汚濁濃度（水質）を長期間にわたりメンテナンスフリーで確実に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の排水汚濁濃度検出システムは、排水管内を流れる排水の汚濁濃度を検出する排水汚濁濃度検出システムであって、前記排水管の一部を開口して形成される開口部に取り付けられる透明の窓部と、前記排水管内に設定された汚濁濃度検出位置に向けて前記窓部を介して光を照射する発光部と、排水に含まれる物体による前記発光部からの照射光の散乱光を前記窓部を介して受光するために、前記汚濁濃度検出位置に向けて配置される検出用受光部と、前記窓部の前記排水管内側表面の汚れによる前記照射光の反射光を前記窓部を介して受光するために、前記窓部の前記排水管内側表面における前記照射光の透過位置である汚れ検出位置に向けて配置される参照用受光部と、前記検出用受光部の受光量に基づいて汚濁濃度を算出するとともに、算出した汚濁濃度を前記参照用受光部の受光量に基づいて補正する演算処理部とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の排水汚濁濃度検出システムは、請求項１記載の排水汚濁濃度検出システムにおいて、前記検出用受光部から前記窓部まで前記汚濁濃度検出位置に向けて延在する非透明で筒状の検出用遮光部を備えていることを特徴とする。
請求項３の排水汚濁濃度検出システムは、請求項１記載の排水汚濁濃度検出システムにおいて、前記参照用受光部から前記窓部まで前記汚れ検出位置に向けて延在する非透明で筒状の参照用遮光部を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の排水汚濁濃度検出システムは、請求項１記載の排水汚濁濃度検出システムにおいて、前記開口部は、前記排水管の底側に形成されることを特徴とする。
請求項５の排水汚濁濃度検出システムは、請求項４記載の排水汚濁濃度検出システムにおいて、前記発光部は、前記照射光の光軸が前記排水管の垂直方向に沿う縦断面に対して傾きを有する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６の排水汚濁検出装置は、排水管内を流れる排水の汚濁を検出する排水汚濁検出装置であって、前記排水管の一部を開口して形成される開口部に取り付けられる筐体と、前記筐体の前記排水管内側に設けられる透明の窓部と、前記筐体内に配置され、前記排水管内に設定された汚濁濃度検出位置に向けて前記窓部を介して光を照射する発光部と、排水に含まれる物体による前記発光部からの照射光の散乱光を前記窓部を介して受光し、検出用受光信号を受光量に応じて出力するために、前記汚濁濃度検出位置に向けて前記筐体内に配置される検出用受光部と、前記窓部の前記排水管内側表面の汚れによる前記照射光の反射光を前記窓部を介して受光し、前記検出用受光信号を補正するための参照用受光信号を受光量に応じて出力するために、前記窓部の前記排水管内側表面における前記照射光の透過位置である汚れ検出位置に向けて前記筐体内に配置される参照用受光部とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
請求項７の排水汚濁検出装置は、請求項６記載の排水汚濁検出装置において、前記検出用受光部から前記窓部まで前記汚濁濃度検出位置に向けて延在する非透明で筒状の検出用遮光部を備えていることを特徴とする。
請求項８の排水汚濁検出装置は、請求項６記載の排水汚濁検出装置において、前記参照用受光部から前記窓部まで前記汚れ検出位置に向けて延在する非透明で筒状の参照用遮光部を備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項９の排水汚濁検出装置は、請求項６記載の排水汚濁検出装置において、前記開口部は、前記排水管の底側に形成されることを特徴とする。
請求項１０の排水汚濁検出装置は、請求項９記載の排水汚濁検出装置において、前記発光部は、前記照射光の光軸が前記排水管の垂直方向に沿う縦断面に対して傾きを有する位置に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項１１の排水汚濁検出用配管ユニットは、軸方向が排水の流路方向に沿った状態で配置される配管部と、前記配管部内を流れる排水の汚濁を検出する排水汚濁検出用装置とを備えた排水汚濁検出用配管ユニットであって、前記排水汚濁検出用装置は、前記配管部の一部を開口して形成される開口部に取り付けられる筐体と、前記筐体の前記配管部内側に設けられる透明の窓部と、前記筐体内に配置され、前記配管部内に設定された汚濁濃度検出位置に向けて前記窓部を介して光を照射する発光部と、排水に含まれる物体による前記発光部からの照射光の散乱光を前記窓部を介して受光し、検出用受光信号を受光量に応じて出力するために、前記汚濁濃度検出位置に向けて前記筐体内に配置される検出用受光部と、前記窓部の前記配管部内側表面の汚れによる前記照射光の反射光を前記窓部を介して受光し、前記検出用受光信号を補正するための参照用受光信号を受光量に応じて出力するために、前記窓部の前記配管部内側表面における前記照射光の透過位置である汚れ検出位置に向けて前記筐体内に配置される参照用受光部とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１２の排水汚濁検出用配管ユニットは、請求項１１記載の排水汚濁検出用配管ユニットにおいて、前記排水汚濁検出装置は、前記検出用受光部から前記窓部まで前記汚濁濃度検出位置に向けて延在する非透明で筒状の検出用遮光部を備えていることを特徴とする。
請求項１３の排水汚濁検出用配管ユニットは、請求項１１記載の排水汚濁検出用配管ユニットにおいて、前記排水汚濁検出装置は、前記参照用受光部から前記窓部まで前記汚れ検出位置に向けて延在する非透明で筒状の参照用遮光部を備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１４の排水汚濁検出用配管ユニットは、請求項１１記載の排水汚濁検出用配管ユニットにおいて、前記開口部は、前記配管部の底側に形成されることを特徴とする。
請求項１５の排水汚濁検出用配管ユニットは、請求項１４記載の排水汚濁検出用配管ユニットにおいて、前記発光部は、前記照射光の光軸が前記配管部の垂直方向に沿う縦断面に対して傾きを有する位置に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の排水汚濁濃度検出システム、請求項６の排水汚濁検出装置および請求項１１の排水汚濁検出用配管ユニットでは、検出用受光部は、汚濁濃度検出位置に向けて配置されているため、汚濁濃度検出位置を通過する物体による照射光の散乱光を主として受光する。従って、検出用受光部の受光量（検出用受光信号）は、汚濁濃度検出位置における排水の汚濁濃度（水質）に応じて変化する。また、参照用受光部は、汚れ検出位置に向けて配置されているため、窓部の汚れによる照射光の反射光を主として受光する。従って、参照用受光部の受光量（参照用受光信号）は、窓部の汚れの度合に応じて変化する。例えば、検出用受光信号および参照用受光信号は、演算処理部に供給される。
【００１７】
演算処理部は、検出用受光部の受光量（検出用受光信号）および参照用受光部の受光量（参照用受光信号）の両方の変動を利用して排水の汚濁濃度を取得するため、窓部の汚れに拘わらず、排水の汚濁濃度を常に正しく検出できる。また、時間経過に伴う発光部の発光量の減少または温度変化に伴う検出用受光部および参照用受光部の受光感度の変化が発生した場合、検出用受光部の受光量（検出用受光信号）および参照用受光部の受光量（参照用受光信号）は、同様の影響を受けるため、これらの事象に拘わらず、排水の汚濁濃度を常に正しく検出できる。従って、排水の汚濁濃度を長期間にわたりメンテナンスフリーで確実に検出できる。
【００１８】
請求項２の排水汚濁濃度検出システム、請求項７の排水汚濁検出装置および請求項１２の排水汚濁検出用配管ユニットでは、検出用遮光部を設けることで、汚濁濃度検出位置以外から検出用受光部に向かう光が遮光される。すなわち、検出用受光部への不要な入射光を遮光できる。このため、排水の汚濁濃度の検出精度を向上させることができる。
請求項３の排水汚濁濃度検出システム、請求項８の排水汚濁検出装置および請求項１３の排水汚濁検出用配管ユニットでは、参照用遮光部を設けることで、汚れ検出位置以外から参照用受光部に向かう光が遮光される。すなわち、参照用受光部への不要な入射光を遮光できる。このため、排水の汚濁濃度の検出精度を向上させることができる。
【００１９】
請求項４の排水汚濁濃度検出システム、請求項９の排水汚濁検出装置および請求項１４の排水汚濁検出用配管ユニットでは、開口部を排水管の底側に形成することで、排水の水量が少ない場合でも、排水の汚濁濃度を正しく検出できる。
請求項５の排水汚濁濃度検出システム、請求項１０の排水汚濁検出装置および請求項１５の排水汚濁検出用配管ユニットでは、発光部からの照射光の光軸が排水管の垂直方向に沿う縦断面に対して傾きを有しているため、検出用受光部および参照用受光部に到達する排水の水面での照射光の反射光の量を低減できる。このため、排水の汚濁濃度の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の第１の実施形態を示している。排水汚濁濃度検出システム１００は、住居の排水管１０内を流れる排水の汚濁濃度を検出するためのシステムであり、排水管１０に埋め込まれた状態で取り付けられる排水汚濁検出装置１２と、下水処理施設の処理運転を管理する施設管理部に設けられた演算処理部２６とを有している。なお、排水管１０は、横断面円形状であり、水平に設置されている。
【００２１】
排水汚濁検出装置１２は、筐体１３、窓部１４、ＬＥＤ１６（Light Emitting Diode；発光部）、検出用ＰＤ１８（Photo Diode；検出用受光部）、検出用アイリス２０（検出用遮光部）、検出用信号処理部２１、参照用ＰＤ２２（参照用受光部）、参照用アイリス２４（参照用遮光部）、参照用信号処理部２５を有している。窓部１４は、例えば、透明アクリル樹脂で排水汚濁検出装置１２の筐体１３と一体に形成され、排水管１０の底側（図の下側）を開口して形成された開口部１１に取り付けられている。ＬＥＤ１６は、排水管１０内に設定された汚濁濃度検出位置Ｐ１に向けて窓部１４を介して光を照射する。
【００２２】
検出用ＰＤ１８は、受光面を汚濁濃度検出位置Ｐ１に向けて配置されている。すなわち、検出用ＰＤ１８は、汚濁濃度検出位置Ｐ１を通過する物体（散乱体）によるＬＥＤ１６からの照射光の散乱光を主として受光する。また、検出用ＰＤ１８は、受光量に応じて変化する検出用受光信号Ｓ１を出力する。なお、汚濁濃度検出位置Ｐ１は、排水の水量が少ない場合にも、排水の汚濁濃度を正しく検出するために、排水管１０内の中心より窓部１４側に設定されている。
【００２３】
検出用アイリス２０は、例えば、着色されたアクリル樹脂等の非透明な部材で筒状に形成され、検出用ＰＤ１８から窓部１４まで汚濁濃度検出位置Ｐ１に向けて延在している。このため、汚濁濃度検出位置Ｐ１以外から検出用ＰＤ１８に向かう光が遮光される。検出用信号処理部２１は、検出用ＰＤ１８から出力される検出用受光信号Ｓ１（微弱電気信号）を増幅させた後に電光変換し、検出用受光信号Ｓ１’（光信号）として光ファイバケーブルを介して下水処理施設に伝送する。
【００２４】
参照用ＰＤ２２は、受光面を窓部１４の排水管１０内側表面におけるＬＥＤ１６の照射光の透過位置である汚れ検出位置Ｐ２に向けて配置されている。すなわち、参照用ＰＤ２２は、窓部１４の汚れ（窓部１４の排水管１０内側表面に付着した汚れ）によるＬＥＤ１６からの照射光の反射光を主として受光する。また、参照用ＰＤ２２は、受光量に応じて変化する参照用受光信号Ｓ２を出力する。
【００２５】
参照用アイリス２４は、例えば、着色されたアクリル樹脂等の非透明な部材で筒状に形成され、参照用ＰＤ２２から窓部１４まで汚れ検出位置Ｐ２に向けて延在している。このため、汚れ検出位置Ｐ２以外から参照用ＰＤ２２に向かう光が遮光される。参照用信号処理部２５は、参照用ＰＤ２２から出力される参照用受光信号Ｓ２（微弱電気信号）を増幅させた後に電光変換し、検出用受光信号Ｓ２’（光信号）として光ファイバケーブルを介して下水処理施設に伝送する。
【００２６】
演算処理部２６は、下水処理施設側で検出用受光信号Ｓ１’および参照用受光信号Ｓ２’をそれぞれ光電変換して得られる電気信号を受信する。演算処理部２６は、検出用受光信号Ｓ１’に対応する電気信号に基づいて汚濁濃度を算出するとともに、算出した汚濁濃度を参照用受光信号Ｓ２’に対応する電気信号に基づいて補正する。すなわち、演算処理部２６は、検出用ＰＤ１８の受光量に基づいて汚濁濃度を算出するとともに、算出した汚濁濃度を参照用ＰＤ２２の受光量に基づいて補正する。なお、ＬＥＤ１６、検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２は、ＬＥＤ１６からの照射光の光軸、検出用ＰＤ１８への入射光の光軸および参照用ＰＤ２４への入射光の光軸が同一平面に含まれる位置に配置されている。また、ＬＥＤ１６は、照射光の光軸Ａが排水管１０の横断面Ｆ１に対して角度αをなすように傾けて配置されている。
【００２７】
図３は、角度αの設定方法の概要を示している。角度αを臨界角θ以上に設定すると、図中の破線矢印で示すように、ＬＥＤ１６からの照射光は、窓部１４および排水の境界面で全反射してしまう。従って、角度αを臨界角θより小さく設定する必要がある。なお、臨界角θは、水（排水）の屈折率をｎ１、窓材（窓部１４）の屈折率をｎ２とすると、次式（１）で表される。
θ ＝ ｓｉｎ-1（ｎ１／ｎ２）  ・・・（１）
また、角度αを過小に設定すると、ＬＥＤ１６からの照射光の排水管１０内への透過量は増加するが、ＬＥＤ１６からの照射光の散乱体による散乱光と窓部１４の汚れによる反射光とが干渉し合い、検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２への不要な入射光が増大してしまう。以上のことから、角度αを臨界角θを超えない最大角度に設定すると有効である。従って、窓部１４がアクリル樹脂で形成された本実施形態では、角度αをほぼ３０°に設定している。また、検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２も、角度αに対応して、排水管１０の横断面Ｆ１に対して角度αの隣接象限にほぼ３０°に傾けてそれぞれ配置されている。
【００２８】
図４は、受光信号および演算処理部２６により取得される汚濁濃度の変動を示している。図４（ａ）において、縦軸は受光信号の電圧を示し、横軸は時間を示している。図４（ｂ）において、縦軸は演算処理部２６により取得される排水の汚濁濃度を示し、横軸は時間を示している。
通常、窓部１４の排水管１０内側表面の汚れは時間とともに増加するため、検出用ＰＤ１８の受光量および参照用ＰＤ２２の受光量は、時間とともにそれぞれ減少および増加する。すなわち、図４（ａ）の実線で示すように、検出用受光信号Ｓ１、Ｓ２の電圧は、時間とともにそれぞれ降下および上昇する。窓部１４の汚れに伴う検出用受光信号Ｓ１の降下量と参照用受光信号Ｓ２の上昇量は、ほぼ等しいと考えられるため、演算処理部２６は、例えば、検出用受光信号Ｓ１’および参照用受光信号Ｓ２’にそれぞれ対応する電気信号の電圧の和を汚濁濃度として取得する。このため、図４（ｂ）の実線で示すように、窓部１４の汚れに拘わらず、排水の汚濁濃度が常に正しく検出される。
【００２９】
また、時間経過に伴ってＬＥＤ１６の発光量が減少する場合、検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２の受光量は、時間とともにほぼ等しく減少する。すなわち、図４（ａ）の破線で示すように、検出用受光信号Ｓ１、Ｓ２の電圧は、ＬＥＤ１６の発光量が正常である場合（図４（ａ）の実線）に対して、時間とともにほぼ等しく降下する。従って、図４（ｂ）の破線で示すように、演算処理部２６により取得される汚濁濃度は、時間とともに本来取得されるべき汚濁濃度（図４（ｂ）の実線）から減少する。このため、例えば、演算処理部２６は、ＬＥＤ１６の発光量が正常である場合の汚濁濃度を予め保持しており、正常時の汚濁濃度と取得した汚濁濃度とを定期的に比較し、これらの差分と取得した汚濁濃度とを加算または減算することで、取得した汚濁濃度を補正する。すなわち、図４（ｂ）において、破線で示す汚濁濃度は、実線で示す汚濁濃度に補正される。このため、時間経過に伴うＬＥＤ１６の発光量の減少に拘わらず、排水の汚濁濃度が常に正しく検出される。
【００３０】
さらに、温度変化に伴って検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２の受光感度が変化する場合、検出用受光信号Ｓ１、Ｓ２の電圧は、正常温度時に対して、温度変化とともにほぼ等しく上昇または降下する。このため、時間経過に伴ってＬＥＤ１６の発光量が減少する場合と同様の補正処理を演算処理部２６が実施することで、温度変化に伴う検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２の受光感度の変化に拘わらず、排水の汚濁濃度が常に正しく検出される。
【００３１】
また、下水処理施設の施設管理部は、牛乳などの散乱体の粒径が非常に小さなものの汚濁濃度を基準値として予め保持しており、基準値に対する演算処理部２６により取得された汚濁濃度の比率から実際の汚濁濃度を推定する。これにより、下水処理施設において、下水処理の事前準備（下水処理の条件作成など）が可能となるため、下水処理施設の処理効率が向上する。
【００３２】
以上、第１の実施形態では、演算処理部２６は、検出用ＰＤ１８の受光量および参照用ＰＤ２２の受光量の両方の変動を利用して排水の汚濁濃度を取得するため、窓部１４の汚れに拘わらず、排水の汚濁濃度を常に正しく検出できる。また、時間経過に伴うＬＥＤ１６の発光量の減少または温度変化に伴う検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２の受光感度の変化が発生した場合にも、これらの事象に拘わらず、排水の汚濁濃度を常に正しく検出できる。従って、排水の汚濁濃度を長期間にわたりメンテナンスフリーで確実に検出できる。このため、システムの管理コストを低減できる。
【００３３】
また、河川、湖沼、海域の富栄養化の大きな要因である住居からの排水の状態を下水処理施設（施設管理部）にフィードフォワードすることで、下水処理のための適正な処理条件が作成可能となり、処理運転の効率を向上させることができ、ばっ気に要する電力消費の低減、ひいては、省エネ・地球温暖化防止に寄与できる。検出用アイリス２０を設けることで、検出用ＰＤ１８への不要な入射光を遮光できる。また、参照用アイリス２４を設けることで、参照用ＰＤ２２への不要な入射光を遮光できる。このため、排水の汚濁濃度の検出精度を向上させることができる。
【００３４】
図５は、本発明の第２の実施形態を示している。なお、第１の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。排水汚濁濃度検出システム１００ａは、開口部１１ａの形成位置（すなわち、排水汚濁検出装置１２の取付位置）が異なることを除いて、第１の実施形態の排水汚濁濃度検出システム１００（図１、２）と同一である。開口部１１ａは、排水汚濁検出装置１２が取り付けられた際に、ＬＥＤ１６からの照射光の光軸Ａが排水管１０の垂直方向に沿う縦断面Ｆ２に対して傾きを有する位置に形成されている。このため、検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２に到達する排水の水面でのＬＥＤ１６からの照射光の反射光の量が低減される。
【００３５】
以上、第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、ＬＥＤ１６からの照射光の光軸Ａが排水管１０の垂直方向に沿う縦断面Ｆ２に対して傾きを有しているため、検出用ＰＤ１８および参照用ＰＤ２２に到達する排水の水面でのＬＥＤ１６からの照射光の反射光の量を低減でき、排水の汚濁濃度の検出精度をより向上させることができる。
【００３６】
図６は、本発明の第３の実施形態を示している。なお、第１の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。排水汚濁濃度検出システム１００ｂは、排水管１０の一部が排水汚濁検出用配管ユニット２８の配管部３０で構成されていることを除いて、第１の実施形態の排水汚濁濃度検出システム１００（図１）と同一である。排水汚濁検出用配管ユニット２８は、排水管１０の一部を構成する配管部３０と、配管部３０（すなわち、排水管１０）に埋め込まれた状態で取り付けられる排水汚濁検出装置１２とを有している。以上、第３の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３７】
図７は、本発明の第４の実施形態を示している。なお、第１および第３の実施形態で説明した要素と同一の要素については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、この例では、排水が流れる際に排水管の充水率が高くなることが既知である。排水汚濁濃度検出システム１００ｃは、排水汚濁検出用配管ユニット２８の配置形態が異なることを除いて、第３の実施形態の排水汚濁濃度検出システム１００ｂ（図６）と同一である。なお、排水管１０ｃの直径は、排水汚濁検出用配管ユニット２８に比べて十分に大きい。
【００３８】
排水汚濁検出用配管ユニット２８は、排水汚濁検出装置１２内部への排水の流入を防止するための防水処理が施されており、配管部３０の軸方向が排水管１０ｃの軸方向（すなわち、排水の流路方向）に沿った状態で排水管１０ｃ内に固定されている。これにより、排水管１０ｃ内を流れる排水の一部が配管部３０内に流れ込むため、排水汚濁濃度検出システム１００ｃは、第３の実施形態の排水汚濁濃度検出システム１００ｂと同様に機能する。以上、第４の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３９】
なお、第１〜第４の実施形態では、演算処理部２６が下水処理施設の施設管理部に設けられた例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、排水汚濁濃度検出システム１００ｄにおいて、演算処理部２６ｄは排水汚濁検出装置１２ｄ内に設けられてもよい。この例では、演算処理部２６ｄは、検出用受光信号Ｓ１および参照用受光信号Ｓ２をそれぞれ増幅させた電気信号に基づいて汚濁濃度を取得する。そして、演算処理部２６ｄは、汚濁濃度を示す電気信号を電光変換して、汚濁濃度信号Ｓ３（光信号）として光ファイバケーブルを介して下水処理施設に伝送する。
【００４０】
第１〜第３の実施形態では、住居の排水管に本発明を適用した例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、住居や工場などからの排水が集合する排水本管、あるいは排水発生源と下水処理施設との間に設けられたポンプ場内の排水管に本発明を適用してもよい。第１〜第３の実施形態では、排水管１０の底側を開口して開口部１１、１１ａを形成した例について述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、排水が流れる際に排水管の充水率が高くなることが既知である場合には、排水管の側面を開口して開口部を形成してもよい。
【００４１】
以上、本発明について詳細に説明してきたが、前述の実施形態およびその変形例は発明の一例に過ぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明を逸脱しない範囲で変形可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す説明図である。
【図２】第１の実施形態の排水汚濁濃度検出システムの要部を示す説明図である。
【図３】ＬＥＤ照射光の光軸の排水管横断面に対する角度の設定方法の概要を示す説明図である。
【図４】受光信号および演算処理部により取得される汚濁濃度の変動を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す説明図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す説明図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示す説明図である。
【図８】第１の実施形態の排水汚濁濃度検出システムの変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ  排水汚濁濃度検出システム
１０、１０ｃ  排水管
１１、１１ａ  開口部
１２、１２ｄ  排水汚濁検出装置
１３  筐体
１４  窓部
１６  ＬＥＤ
１８  検出用ＰＤ
２０  検出用アイリス
２１  検出用信号処理部
２２  参照用ＰＤ
２４  参照用アイリス
２５  参照用信号処理部
２６、２６ｄ  演算処理部
２８  排水汚濁検出用配管ユニット
３０  配管部
Ｐ１、Ｐ１ａ  汚濁濃度検出位置
Ｐ２  汚れ検出位置
Ｓ１  検出用受光信号
Ｓ２  参照用受光信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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